波紋板形狀參數(shù)對(duì)換熱器性能影響的數(shù)值研究.pdf

1、換熱器作為在能源、化工、冶金、石油等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的設(shè)備，其強(qiáng)化換熱一直備受重視。由于換熱設(shè)備的換熱效率不斷提高，波紋板已成為板式及板翅式換熱器的基礎(chǔ)板型。常見的波紋板型有三角型、正弦型、弧型、梯型及近似三角型的圓角型通道等，在這些不同型式的波紋表面中，換熱設(shè)備中最常用到的是三角型和正弦型兩種波紋通道。
　　 本文利用GAMBIT2.3前處理軟件分別對(duì)二維三角型及三維正弦型波紋通道劃分適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格，運(yùn)用流體力學(xué)計(jì)算軟件FLUENT

2、6.3對(duì)空氣在二維、三維周期性通道中的湍流流動(dòng)及換熱進(jìn)行數(shù)值模擬。分析了恒壁溫下通道不同幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)如間距比、波紋縱橫比、截面高寬比等對(duì)流動(dòng)及換熱的影響。對(duì)比了不同幾何因子的通道內(nèi)的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壁面剪切應(yīng)力、阻力系數(shù)、努謝爾特?cái)?shù)，并通過(guò)綜合性能因子揭示了不同幾何結(jié)構(gòu)通道的綜合性能，為波紋板換熱器的換熱和流動(dòng)的最佳性能提供理論依據(jù)。
　　 通過(guò)數(shù)值研究同相位三角型波紋通道發(fā)現(xiàn)：在波紋縱橫比γ一定時(shí)，隨著間距比ε的增加，通道上壁面

3、的入口處、波谷處以及下壁面的波峰處的漩渦顯著增大；隨著Re的增加，流體的慣性作用逐漸增強(qiáng)，漩渦強(qiáng)度增強(qiáng)，漩渦的體積增大。當(dāng)ε一定時(shí)，在γ較小時(shí)，隨著Re的增加，通道內(nèi)流線幾乎保持互相平行，流動(dòng)沒有出現(xiàn)漩渦。這是由于波紋振幅較低時(shí)，黏性力占主導(dǎo)作用，慣性力的作用較小。隨著γ的增加，通道入口處的流線產(chǎn)生扭曲，通道入口處上壁面的附近、波谷處以及下壁面波峰處均有程度不同的漩渦出現(xiàn)。
　　 通過(guò)數(shù)值研究反相位三角型波紋通道發(fā)現(xiàn)：在雷諾數(shù)R

4、e一定時(shí)，隨著間距比ε的增加，漩渦的形狀由狹長(zhǎng)逐漸變化為圓實(shí)。同時(shí)，漩渦的范圍也由接近通道入口處逐漸向通道中心處發(fā)展。當(dāng)ε保持不變時(shí)，流體的慣性作用隨著Re的增加而逐漸增強(qiáng)，漩渦強(qiáng)度增強(qiáng)，體積不斷增大。在波紋間距比γ較小(γ=0.125)時(shí)，流線幾乎與通道的垂直中心線對(duì)稱，流動(dòng)形式也與平直通道的流動(dòng)十分接近，具體表現(xiàn)為流場(chǎng)中未出現(xiàn)漩渦。
　　 通過(guò)數(shù)值模擬空氣在正弦型三維通道內(nèi)的湍流流動(dòng)及換熱表明：截面高寬比α的變化對(duì)通道的阻力

5、系數(shù)無(wú)明顯影響，而對(duì)平均努謝爾特?cái)?shù)Nu有不同程度的影響。在間距比ε較小時(shí)，同相位的綜合性能因子高于反相位。當(dāng)ε增加時(shí)，反相位的綜合性能因子又高于同相位。相位差對(duì)流動(dòng)及換熱的影響因通道間距比的不同而不同：小間距比時(shí)同相位的性能最好，而大間距比時(shí)反相位的性能最好。最后，選取同、反相位性能因子最高的波紋通道，對(duì)該通道的阻力系數(shù)及努謝爾特?cái)?shù)進(jìn)行公式擬合，為工程實(shí)際計(jì)算提供參考依據(jù)。
　　 采用非穩(wěn)態(tài)算法，對(duì)空氣在二維正弦型波紋通道中的流